[發(fā)明專利]一種確定邊坡坡角的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610175388.8
• 申請(qǐng)日: 2016-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN105699627A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王堯;崔鐵軍;李莎莎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及礦業(yè)工程，特別是涉及確定露天礦邊坡的合理坡角。

背景技術(shù)

邊坡廣泛存在于自然界和人類工程環(huán)境中。自然形成的邊坡在非較強(qiáng)動(dòng)荷載條件 下比較穩(wěn)定，不影響人們的正常生產(chǎn)活動(dòng)。對(duì)于邊坡的研究我們更關(guān)注于人工邊坡，特別是 礦業(yè)生產(chǎn)主要方式——露天礦的邊坡。露天礦邊坡有著其自身特點(diǎn)使其與一般自然形成邊 坡有一定的區(qū)別。露天礦邊坡自由面原本在自然狀態(tài)下是在地表以下的，但是由于人工開 采使其暴露于外界環(huán)境中，自由面上不會(huì)形成殘積土層，且由于采動(dòng)作用一般以碎石堆積 為主；自然邊坡常因造山運(yùn)動(dòng)而形成，依附山體，邊坡構(gòu)造面向地下延伸方向常有斷層存 在，而露天礦邊坡為人工開采，自由面并不延伸至地表下，邊坡下基巖仍是完整的。特別地， 如果邊坡內(nèi)部節(jié)理裂隙構(gòu)造復(fù)雜，除邊坡高度和坡角外，構(gòu)造形式也是影響邊坡穩(wěn)定的關(guān) 鍵因素。

盡管如《露天礦邊坡工程地質(zhì)勘察規(guī)范》、《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》等給出 了相關(guān)的邊坡設(shè)計(jì)方法，但這些方法基本上只滿足安全的最低標(biāo)準(zhǔn)。況且有些地質(zhì)條件可 能有利于邊坡的穩(wěn)定性，而另一些則相反，這些現(xiàn)象僅憑借規(guī)范的要求是難以處理的。所以 針對(duì)具體的工程地質(zhì)情況確定適當(dāng)?shù)钠陆且员ＷC邊坡穩(wěn)定是值得研究的問題。

對(duì)于邊坡穩(wěn)定和影響穩(wěn)定的相關(guān)因素研究主要有：范軍富等研究了白音華一號(hào)露 天煤礦合理幫坡角的確定及邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法；金愛兵等進(jìn)行了坡角對(duì)坡間擋土墻穩(wěn)定 性影響的數(shù)值模擬分析；朱乃龍等提出了巖石深凹邊坡穩(wěn)定性坡角的初步確定方法；梁燁 等基于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析研究了高切坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法；鄧東平等研究了兩種滑動(dòng)面型式下邊坡 穩(wěn)定性計(jì)算方法；魏翠玲等對(duì)含硬性貫通結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。

對(duì)某露天礦地質(zhì)條件包含向斜成層急傾斜構(gòu)造面且伴有水平裂隙發(fā)育的實(shí)際情 況，使用PFC3D作為模擬平臺(tái)，基于上述邊坡特點(diǎn)建立了離散顆粒的邊坡模型。使用該模型 模擬了坡角分別為40°、50°、60°、70°和80°的順層和逆層邊坡。

發(fā)明內(nèi)容

1.一種確定邊坡坡角的方法，其特征在于，為了解在由急傾斜且具有水平裂隙發(fā) 育巖體形成順層和逆層的邊坡時(shí)，不同坡角對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的影響，使用基于顆粒流理論 的PFC3D進(jìn)行了模擬；其包括如下步驟：利用PFC3D中的JSET和Bonds模擬了非連續(xù)和連續(xù)性 的巖體構(gòu)造形式；構(gòu)建了坡角為40°、50°、60°、70°和80°的順層和逆層邊坡，并對(duì)邊坡的穩(wěn) 定性進(jìn)行了模擬；本發(fā)明可用于確定露天礦邊坡的合理坡角。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建邊坡模型，其特征在于，考慮到巖土體形成過程是 由于風(fēng)化、沉積等作用使顆粒在豎直方向從下到上逐層堆積形成的，并經(jīng)過自然壓實(shí)的過 程，使用下落法構(gòu)造模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建邊坡模型，其特征在于，該邊坡地質(zhì)剖面模型(x方 向)長(zhǎng)300m，高(z方向)300m；地質(zhì)條件復(fù)雜，從左向右分層較多，且?guī)r性不同，平均傾角達(dá) 87°；由于PFC3D建模的特殊性，結(jié)合地質(zhì)勘查結(jié)果，考慮到砂巖、砂質(zhì)泥巖和砂巖形成的巖 體，及其之間裂隙尺度，將顆粒(ball)半徑設(shè)為0.6~0.9m的正太分布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建邊坡模型，其特征在于，由于邊坡正對(duì)兩幫均在相 同地質(zhì)條件下，所以使用同一模型進(jìn)行邊坡構(gòu)造；順層情況下坡腳坐標(biāo)為(x,z)=(300m, 10m)，坡角從40°~80°的邊坡坡面。逆層情況下坡腳坐標(biāo)為(x,z)=(0m,10m)，坡角從40°~80° 的邊坡坡面；豎直方向(z方向)0~10m高度的顆粒模擬邊坡下部巖層與坡體之間的相互作 用，考慮到實(shí)際情況，限制了這部分顆粒的水平運(yùn)動(dòng)能力。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建邊坡模型，其特征在于，模型邊界條件：當(dāng)順層時(shí)x= 0m和z=0m面固定，其余邊界自由；當(dāng)逆層時(shí)x=300m和z=0m面固定，其余邊界自由；同時(shí)為了 表現(xiàn)該模型邊緣與外界巖體接觸的實(shí)際效果，設(shè)固定面的摩擦系數(shù)為平均值0.5。